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1、提高H型钢桁架整体贯穿大型圆管柱 制作质量,苏州二建建筑集团有限公司 发布人：宋敏,、工程概况,苏州大学恩玲学院分为学生活动中心和会议中心两部分，两单体均为钢桁架结构。活动中心主体由平台结构、看台结构及屋顶结构组成。平台结构分为2层，由两侧圆管柱及中间H型钢桁架片拼装而成，共计6榀，最大楼面层高达到13.93米，项目建成后，将成为苏州大学文化建设的一项标志性建筑物。该工程是我公司的关注项目，目标是争创“杨子杯”。该工程设计新颖，结构美观，整体结构呈半圆筒体状，平台结构采用的12根大型的圆管柱(最大直径1.0m)和桁架片(高度2.0m),H型钢桁架片上下弦杆整个贯穿圆管柱，使整个看台桁架形成一个
2、整体，但由于看台部分悬挑9m，且每片桁架角度不同，制作上如何保证贯穿节点做法对整个桁架的安装质量至关重要。本课题将围绕这个问题展开。,二、QC活动小组简介及活动计划,QC活动小组简介见表1,活动计划,三、选题理由,项目部对近1，2年施工的3个类似结构体系的工程进行检查，针对钢桁架在工厂制作、现场拼装、吊装的施工质量的难点、关键点提出了三个课题：提高H型钢桁架整体贯穿大型圆管柱制作质量，提高H型钢桁架整体贯穿大型圆管柱现场拼装质量，提高H型钢桁架整体贯穿大型圆管柱吊装质量。我们部分组员对这三个课题进行了调查、对比、分析，见下表。,工程质量难点、关键点对比表,经过调查对比，工厂制作质量是我QC小组
3、首要的攻关项目，因此我小组的选题为：提高H型钢桁架整体贯穿大型圆管柱制作质量。,四、现状调查,我们QC小组采用“头脑风暴法”进行分析工厂制作时出现的一些影响质量的主要问题。如圆管柱两侧牛腿高低不平，偏扭，焊缝质量达不到要求等。结合现场实际，参照钢结构施工质量验收规范(GB50205-2001)规定的标准，QC小组对车间类似的钢桁架加工质量随机抽查了240个点，通过调查分析，包含下列5大类问题，统计结果见下表 。,钢构件制作缺陷检查表 表5,从上述表图中看出，钢桁架制作质量合格点数为197点，其合格率为82.1%，离优质工程的92%还有较大的差距。我们对这些数据中不合格点进行统计、分析、归纳，并
4、绘制了排列图。,质量缺陷统计表 表6,影响钢桁架整体贯穿大型圆管柱制作质量排列图,根据排列图分析，钢桁架整体贯穿大型圆管柱制作质量的主要问题有“圆管柱两侧牛腿平直度差”及“焊缝质量差”，其累计频率达到82%，故我们得出，影响钢桁架整体贯穿大型圆管柱制作质量的主要问题是“圆管柱两侧牛腿平直度差”和“焊缝质量差”。,五、确定课题目标,我们QC小组经过集体讨论和分析，设定目标：保证钢桁架整体贯穿大型圆管柱制作质量自测合格率在95%以上 。同时保证：A、圆管柱两侧牛腿平直度误差控制在1.5mm以内；B、焊缝收缩变形控制在2mm以内。,目标确定情况柱状图（合格率）,六、原因分析,原因分析：QC小组在加工
5、车间会议室召开了原因分析会，对存在的问题进行了集中讨论，大家集思广益，将影响钢桁架整体贯穿大型圆管柱质量的主要问题进行了原因分析，并进行了归纳整理，绘制了关联图，见下图：,影响钢桁架整体贯穿大型圆管柱质量原因分析关联图,通过原因分析，我们找出了影响钢桁架整体贯穿大型圆管柱制作质量的末端原因，为了找出末端原因中的要因我们制定了要因确认计划，并对13个末端原因分别进行了分析确认。,要因确认计划表 表7,各要因确认：,验证结果：车间培训记录完整，在加工制作前对参与本项目加工制作的52个工人进行了岗前培训，并对培训情况作了考核，考核优良率达到100%。,要因1确认过程,验证结果：小组于11.05.21
6、对进场材料特别是圆钢管及H型钢进行了检验，结果如下：,质量证明报告及钢材检测报告显示，原材料质量均符合设计图纸及钢结构验收规范要求,要因2确认过程,验证结果：材料科及车间安排了专人负责原材料进行卸货和堆放，并对材料的周转和库存定期盘点，及时监控材料的使用和存放。,要因3确认过程,验证结果：QC小组对车间的加工设备进行了检查，所有设备均定期进行保养和维护，资料记录齐全，设备运行情况良好，满足使用要求。,要因4确认过程,验证结果：正式加工前我们对钢构件进行了试验性切割，根据切割情况调整切割设备的操作半径、割嘴直径大小，使之满足使用要求。 设备调试前后对比,要因5确认过程,验证结果：车间利用原有1m
7、直径的短钢管做“工”形孔开孔试验，QC小组观察了“工”形孔切割的整个试验过程，发现采用传统工艺即直接切割开孔时由于钢板局部受热不均导致变形过大，小组成员对切割孔的精度进行了的测量，切割测量点位布置见下图，测量数据见下表。,从表中数据可以看出，切割处的变形最大达到了5mm，严重影响了开孔的精度，给以后的牛腿贯穿组装及焊接工作带来了很大的影响。,要因6确认过程,验证结果：小组于11.05.21对进场材料特别是圆钢管及H型钢进行了检验，结果如下：,质量证明报告显示，焊条焊丝质量均符合设计图纸及钢结构验收规范要求。,要因7确认过程,验证结果：经过现场调查及查看车间原始记录，焊接过后会引起变形，首先单人
8、单机单方向焊接对构件变形有影响，其次焊接工程中未合理设置应力释放孔也能导致焊缝的收缩变形。我们对试验性加工的圆管柱牛腿（接近设计要求）进行实测，与理论计算的收缩变形量进行比较，实测数据见下表：焊接收缩余量实测偏差表,合格率平均值为（80%+70%+70%+80%）/4=75%，达不到钢结构质量要求的85%的合格率，焊接方法影响了构件的加工制作质量。,要因8确认过程,验证结果：焊接完成后，我司委托了具有专业资质的第三方检测机构对所有焊缝进行了探伤试验，所有焊缝100%合格。,要因9确认过程,验证结果：测量仪器出厂合格证及标定记录齐全，并有定期对仪器进行维护和检查记录。,要因10确认过程,验证结果
9、：针对不同项目的实际情况，车间技术负责人编制加工制作流程，作为交底的内容，通过合理安排操作流程，车间加工制作场地可以满足使用要求。,要因11确认过程,验证结果：车间通过流水作业，每个加工制作环节均有足够并且单独的场地，不存在交叉作业情况。工人在车间独立场地进行制作，见下表。,验证结果：我们小组对现有的拼装平台的平整度进行了测量，共做了四组测量，测量数据见下表： 验证结果：拼装平台平整度实测偏差表,现场实测贯穿拼装平台平整度偏差合格率为77.6%，拼装平台平整度差，钢桁架在贯穿圆管柱时，造成两侧牛腿的平直度产生偏差，影响制作质量。,要因12确认过程,要因13确认过程,通过以上的要因确认，我们得出
10、了影响大型钢桁架整体贯穿圆管柱制作质量的主要原因是：（1）圆管柱“工”形孔在切割过程中变形过大（2）贯穿拼装平台平直度差（3）焊接方法不当,七、制定对策,QC小组对针对以上影响大型钢桁架整体贯穿圆管柱制作质量的3个主要原因进行了专项的分析研究，从有效性、可行性、可靠性和经济性四个方面对所提出的对策进行测评。,说明：5很好，4好，3一般，2差，1很差,对策测评表 表9,根据对策测评表中选定的方案，小组成员们又对方案进行细化，制定出具体实施措施及目标，将每个任务分配到每个成员。,具体实施措施及目标 表10,八、对策实施,本工程圆管柱直径1000mm，厚度25mm，采用相贯线切割机在大曲面上切割厚度
11、较厚的钢板极易造成钢板切割处的切割变形，切割后的钢板形状可能无法满足后续H型钢贯穿的要求，公司技术科与车间经过多次的探讨及反复的试验，最终制定了“留点切割”的方案，2011年6月，项目技术负责人张磊正式编制了相贯线切割方案，经过QC小组讨论，得到了一致认可，并报单位总工审批。新切割方案由车间技术负责人交底到每个管理人员及各个加工班组长，再由各个班组长交底到每个工人，确保工人熟悉与掌握内容及方法。小组安排张磊、李荣荣两位组员全过程跟踪参与。新切割方案如下：1.根据图纸在圆管柱对称位置弹线作为切割基准线，见图1；2.以切割基准线为轴心，在圆管柱上划出“工”形孔轮廓线，并标示出留点位置，见图2；,实
12、施过程一：圆管柱“工”形孔在切割过程中变形过大,弹线切割示意图,圆管面“工”形孔轮廓线,3.将切割信息输入相贯线切割机。切割钢板时，相贯线切割机割嘴不进行连续的切割，在“工”形孔指定位置“留点”，冷却一段时间到基本同温时采用手工切割割除各“留点” ，避免由于切割机切割方式不合理而造成钢板切割位置的变形。切割时保持割嘴与圆管面成60度角是割缝成坡口形状。 4.对开好的“工”形孔进行测量打磨。,“工”形孔切割留点位置,“工”形孔切割完成,阶段性实施效果检查：,“工”形孔切割完成后，我们对切割处的钢板布置监测点（见下图），对检测点的变形进行了测量，并做好测量记录。,“工”形孔切割处变形监测点布置图,
13、“工”形孔切割处变形复测记录,结论：新切割方案的实施大大减少了钢板的变形，为下一步H型钢桁架贯穿的精确度提供了可靠的保障。,从表中数据看出，“工”形孔切割处变形的平均合格率为（100%7+94.25）/12=97.58%。由此可见切割处钢板的变形问题得到了很好的控制。,本工程单根圆管柱长度达到9.8米，重量达到8吨，如果再加上H型钢牛腿，重量将达到9吨，展开面积也将达到80m2，总拼贯穿时如果重新搭设平台，势必费力废料，更重要的是将影响工期。2011年6月8日，由宋敏、朱治国、陈志江三位小组成员经过实地考量，报小组讨论后，小组一致认为可以运用相贯线切割机平台作为H型钢牛腿贯穿圆管柱的拼装平台。
14、相贯线切割机平台总长接近30米，作业时可以将前部用来进行“工”形孔切割工作，而后部区域用来进行贯穿拼装作业。这样切割和拼装可以形成流水作业，不仅省时省力，同时也节省了空间。技术科编制成了拼装平台的方案，并由车间技术负责人交底到制作工人。,实施过程二：贯穿拼装平台水平度差,贯穿拼装平台示意图,由图中可以看到，拼装平台有几组滑块支架组成，牛腿贯穿拼装时将切割完毕的圆管柱放置于支架上，用垫铁固定，调整好“工”形孔位置，然后将制作好的H型钢牛腿贯穿入圆管柱。因此如何保证拼装平台的水平度就成了拼装环节的首要问题。,为此，我们小组和技术科及车间深入探讨，编制了相关的测量方案。首先我们将几组滑块支架在平台轨
15、道上按照圆管柱长度等分展开，保证支架间的间距一定，支架和轨道用插销固定。其次按照构件的拼装高度，我们将支架调节到相应的高度。然后我们小组用水准仪对各个支架的高度进行反复的测量抄平调整，直至所有支架均在同一水平线上。,圆管柱拼装高度示意图,小组成员测量拼装平台水平度,实施效果检查：拼装完成后，采用水平仪对任意2榀桁架的拼装平台进行测量，得到最大标高的误差点统计数据，统计如下表所示：,平台水平控制点实测数据 表12,结论：对策实施后，拼装平台最大标高的误差均在1.5mm之内，完成既定目标，能够达到H型钢桁架贯穿总拼的水平度要求。,本工程圆管柱所用钢板厚度为25mm，H型钢桁架贯穿完成后焊缝较多，且
16、焊缝之间的间隔也较短，在试验性焊接时，首先采用气保焊进行打底，然后由技术熟练的焊工单人单向进行焊接，焊接完成后发现圆管柱两侧牛腿出现高低不平，扭转等缺陷，焊缝质量也较差。2011年6月12日，针对焊接质量的问题，我们QC小组由宋敏负责，从技术上焊接工艺上考量后重新编制了焊接方法，并报单位总工朱江批准，制定了由双人对称于中轴的焊接和由中间向两侧焊接的方案。并由车间技术负责人选取有经验的焊工进行培训及技术交底，确保操作工人掌握焊接工艺要领。小组安排组员朱治国、王小秋全过程跟踪检查。,实施过程三：焊接方法不当,焊接顺序示意图,焊接前，QC小组根据理论计算和实践经验，在焊件备料及加工时预先考虑了收缩余量。焊接时，先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。并采用逐步退焊法和跳焊法，使焊接周围环境的温度分布较均匀。从而更好的减少焊接变形，焊接过程中我们又采取了如下附加措施： 1、“工”形孔切割时预先开设坡口，同时在管壁内侧焊缝位置加设40*4扁铁作为引弧板，从而减少焊缝宽度； 2、尽可能采用CO2气体保护焊等焊接热源比较集中的焊接方法进行焊接； 3、与此同时为了更好的抵消焊接时产生的应力，我们在“工”形孔切割时即在圆管面相应位置开设应力释放孔。,
